(57)【要約】【課題】指示物体の反射分布特性に依存せずに安定した座標入力を行うことのできる座標入力装置を得る。【解決手段】複数の光源３１〜３ｎを、当該入力領域１内を照射し且つ異なる位置に設置する。これら複数の光源３１〜３ｎからの照射光を光反射板５によって反射し、撮像装置４ａ，４ｂで光反射板５上の光強度分布を撮像する。座標演算手段７は、撮像装置４ａ，４ｂで得られた光強度分布に基づいて入力領域１内に存在する指示物体の光反射板５上の影位置を演算し、求めた影位置とその時の光源位置とに基づいて指示物体の２次元の位置座標を演算する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力領域内に存在する指示物体の２次元の位置座標を検出する座標入力装置において、
前記入力領域外に設けられ、当該入力領域内を照射し且つ異なる位置に設置された複数の光源と、
前記入力領域外に設けられ、前記複数の光源からの照射光を反射する光反射板と、
前記入力領域外に設けられ、前記光反射板上の光強度分布を撮像する撮像装置と、
前記撮像装置で得られた光強度分布に基づいて指示物体の２次元の位置座標を演算する座標演算手段とを備えた座標入力装置。
【請求項２】
座標演算手段は、
撮像装置で得られた光強度分布データを記憶するデータ記憶回路と、
指示物体がない時の光強度分布データを基準強度分布データとして前記データ記憶回路に記憶させると共に、入力領域内に指示物体が存在する場合の、前記基準強度分布データに対する強度分布データの変化に基づいて光反射板における前記指示物体の影位置を演算する画像処理回路と、
前記画像処理回路で求められた影位置と、その時の光源位置とに基づいて前記指示物体の２次元位置座標を演算する座標演算回路とを備えたことを特徴とする請求項１記載の座標入力装置。
【請求項３】
入力領域内における全ての位置において少なくとも２つ以上の光源から光が照射されるように複数の光源が配置されていることを特徴とする請求項１記載の座標入力装置。
【請求項４】
撮像装置は所定の間隔を有し、それぞれが異なる位置に複数設置されたことを特徴とする請求項１の座標入力装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、タッチパネルなどにおいて、平面内における指等の指示物体の２次元座標を検出する座標入力装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
今日、平面の入力領域内に指等の指示物体を用いて、２次元位置を入力するための座標入力装置が用いられている。従来、このような座標入力装置として、平面内に光を照射し、この平面内に位置する指などの対象物を異なる位置に設置された２台のカメラで撮影し、得られた対象物の画像位置から三角測量の原理により対象物の２次元座標を演算するようにしたものがあった（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−１３２３４０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記従来の技術では、カメラで撮像される対象物の像の強度分布形状が、対象物が有する反射率分布によって影響されるために、同じ太さの対象でもそれらの反射率分布が異なればカメラで得られる像の強度分布形状に差が出てしまう。そのため、強度分布形状から対象物の中心位置を求める際に差が生じ、その結果、異なる座標位置が得られてしまうといった問題があった。
【０００５】
この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、指示物体の反射分布特性に依存せずに安定した座標入力を行うことのできる座標入力装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明に係る座標入力装置は、当該入力領域内を照射し且つ異なる位置に設置された複数の光源と、複数の光源からの照射光を反射する光反射板と、光反射板上の光強度分布を撮像する撮像装置と、撮像装置で得られた光強度分布に基づいて指示物体の２次元の位置座標を演算する座標演算手段とを備えたものである。
【発明の効果】
【０００７】
この発明の座標入力装置は、光反射板上の光強度分布に基づいて指示物体の２次元位置座標を演算するようにしたので、指示物体の反射分布特性に依存せずに安定した座標入力を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１による座標入力装置を示す構成図である。
図２は、この発明の実施の形態１による座標入力装置の側面図である。
本実施の形態の座標入力装置は、ディスプレイ（図示せず）の表示面の前面に装着した様子を示すものである。これらの図において、座標入力装置は、入力領域１、筐体２、光源３１，…，３ｉ，…，３ｎ、撮像装置４ａ，４ｂ、光反射板５、遮光板６、座標演算手段７を備えている。
【０００９】
入力領域１は、ディスプレイの表示面とほぼ同じサイズの四角形に形成され、ユーザが指や指示棒等の指示物体（図示せず）を用いて入力操作を行うための領域である。尚、入力領域１において上下方向や左右方向は特に限定されないが、便宜上、図１の横方向（左右方向）をＸ方向、縦方向（上下方向）をＹ方向として以下の説明を行う。また、指示物体は、ユーザの指、指示棒など入力領域１で位置を示すもので光を通さないものであればどのようなものでも良い。筐体２は、座標入力装置としての筐体であり、この筐体２に、ｎ個の光源３１〜３ｎ、撮像装置４ａ，４ｂ、光反射板５、遮光板６が設けられている。光源３１〜３ｎは、入力領域１の上側に、入力領域１とは所定の間隔を持って配置される複数の光源である。これらの光源３１〜３ｎは、入力領域１のいずれの位置においても、少なくとも２個の光源からの光が照射されるようにそれらの位置関係が設定されている。即ち、これら光源３１〜３ｎは、Ｙ方向については同一位置、Ｘ方向についてはそれぞれが異なる位置となるよう配置されている。これら光源３１〜３ｎは、例えば、広い指向性を有する発光ダイオードや半導体レーザ、あるいは発光ダイオードや半導体レーザに光学レンズを組み合わせたもので形成されている。
【００１０】
光反射板５は、光源３１〜３ｎによって照射されるものであり、光を拡散反射する特性を有している。この光反射板５は、入力領域１の下側に設置され、入力領域１の表示面に対してほぼ垂直でかつ光源３１〜３ｎの設置方向（Ｘ方向）に対して平行となるように設けられ、Ｘ方向に長く、その長さは入力領域１の下辺よりも長くなるよう構成されている。また、光反射板５は入力領域１の下辺から所定の距離離して設けられている。
【００１１】
撮像装置４ａ，４ｂは、入力領域１の上側に位置し、かつ、Ｘ方向について互いに離して配置されている。これら撮像装置４ａ，４ｂは光源３１〜３ｎによって照射される光反射板５における少なくともＸ方向の反射光パターンを撮像するものである。撮像装置４ａ，４ｂは各々結像光学レンズと撮像素子から構成される。この撮像素子は、例えばＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅ）やＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ  Ｍｅｔａｌ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）イメージセンサであり、１次元あるいは２次元の画素配列を有するものである。
【００１２】
遮光板６は、入力領域１の表示面から所定間隔を空けて表示面にほぼ平行に設けられ、入力領域１の下辺から光反射板５までを覆い、外部からの光が光反射板５を照射することを防止するためのものである。また、座標演算手段７は、撮像装置４ａ，４ｂで得られた光強度分布に基づいて指示物体の２次元の位置座標を演算する手段である。
【００１３】
次に、座標入力装置の制御構成について説明する。
図３は、座標入力装置の制御ブロック構成を示す図である。
制御ブロックは、座標演算手段７、制御回路８、光源駆動回路９、撮像装置駆動回路１０を備えており、座標演算手段７は、画像処理回路１１、データ記憶回路１２、座標演算回路１３で構成されている。
【００１４】
制御回路８は、光源駆動回路９〜座標演算回路１３を制御する座標入力装置としての制御部である。光源駆動回路９は、制御回路８の制御に基づいて光源３１〜３ｎを駆動するものである。即ち、制御回路８の制御により、光源３１〜３ｎのうちのいずれか一つの光源を選択して点灯させるものである。撮像装置駆動回路１０は、制御回路８の制御に基づいて撮像装置４ａ，４ｂを駆動するものであり、光源駆動回路９による光源点灯タイミングに同期して撮像装置４ａ，４ｂを同時に駆動し撮像させる。座標演算手段７における画像処理回路１１は、撮像装置４ａ，４ｂからの画像データを入力とし、指示物体がない時の光強度分布データを基準強度分布データとして１２に記憶させると共に、入力領域１内に指示物体が存在する場合の、基準強度分布データに対する強度分布データの変化に基づいて光反射板５における指示物体の影位置を演算するものである。データ記憶回路１２は、画像処理回路１１を介して撮像装置４ａ，４ｂで得られた光強度分布データを記憶するものである。座標演算回路１３は、画像処理回路１１で得たれた演算結果を入力し、その演算結果である影位置と、その時点の光源３１〜３ｎの位置とに基づいて指示物体の２次元座標を演算し、演算結果として入力領域１における指示物体の２次元座標（ｘ、ｙ）を出力するものである。
【００１５】
次に、実施の形態１の座標入力装置の動作について説明する。
図４は、実施の形態１の動作を示すフローチャートである。
本実施の形態では、先ず、指示物体がない時の強度分布データを基準強度分布データとしてデータ記憶回路１２に記憶させる（ステップＳＴ１０１〜ステップＳＴ１０６）。その後、予め求めた基準強度分布データに対する強度分布データの変化から光反射板５における指示物体の影位置を演算し、指示物体の影位置を元に指示物体の２次元の位置座標を演算する（ステップＳＴ１０７〜ステップＳＴ１１５）。
【００１６】
制御回路８は、動作開始時の指示物体がない状態においてスタート（ステップＳＴ１０１）後、光源番号ｉを１に初期化する（ステップＳＴ１０２）。次に、光源駆動回路９は、制御回路８の制御に基づいて、ｉ番目の光源３ｉを点灯する。同時に、撮像装置駆動回路１０は制御回路８の制御に基づいて撮像装置４ａ，４ｂを駆動し、撮像装置４ａ，４ｂは、その時の光反射板５上の反射光パターンを撮像する（ステップＳＴ１０３）。
画像処理回路１１は、制御回路８の制御に基づき、撮像装置４ａ，４ｂの撮像によって得られるＸ方向の強度分布をそれぞれ基準強度分布データＩａｉ（ｘ）、Ｉｂｉ（ｘ）としてデータ記憶回路１２に記憶する（ステップＳＴ１０４）。次に、制御回路８は、ｉを１増やし（ステップＳＴ１０５）、ｉが光源の数ｎ以下かを判定する（ステップＳＴ１０６）。ｎ以下であればステップＳＴ１０３に戻り、ステップＳＴ１０３からステップＳＴ１０５を繰り返す。ｉがｎより大きくなれば次のステップＳＴ１０７に進む。これらの動作により光源３１〜３ｎについて撮像装置４ａ，４ｂの撮像により得られる基準強度分布データＩａ１（ｘ）〜Ｉａｎ（ｘ）、Ｉｂ１（ｘ）〜Ｉｂｎ（ｘ）を画像データ記憶回路１２に記憶させる。
【００１７】
ステップＳＴ１０７以降の処理は、実際に指示物体が存在する場合の位置座標を求める処理である。先ず、ステップＳＴ１０７において、制御回路８は光源番号ｉを１に初期化する。次に、光源駆動回路９は、制御回路８の制御に基づきｉ番目の光源４ｉを点灯し、また、撮像装置駆動回路１０は撮像装置４ａ，４ｂを駆動し、撮像装置４ａ，４ｂは、その時の光反射板５上の反射光パターンを撮像する（ステップＳＴ１０８）。これにより、画像処理回路１１は、撮像装置４ａ，４ｂの撮像によって得られるＸ方向の強度分布をそれぞれ強度分布データＰａｉ（ｘ）、Ｐｂｉ（ｘ）としてデータ記憶回路１２に記憶させる（ステップＳＴ１０９）。
【００１８】
制御回路８は、次にｉを１増やし（ステップＳＴ１１０）、ｉが光源の数ｎ以下かを判定する（ステップＳＴ１１１）。ｎ以下であればステップＳＴ１０８に戻り、ステップＳＴ１０８からステップＳＴ１１０を繰り返す。ｉがｎより大きくなれば次のステップＳＴ１１２に進む。これらの動作により光源３１〜３ｎについて撮像装置４ａ，４ｂの撮像により得られる強度分布データＰａ１（ｘ）〜Ｐａｎ（ｘ）、Ｐｂ１（ｘ）〜Ｐｂｎ（ｘ）が画像データ記憶回路１２に記憶される。
【００１９】
ステップＳＴ１１２において、画像処理回路１１は、光源と撮像装置が一致する基準強度分布データと強度分布データを比較する。例えば、Ｉａ１（ｘ）とＰａ１（ｘ）、Ｉｂ１（ｘ）とＰｂ１（ｘ）、Ｉａ２（ｘ）とＰａ２（ｘ）、Ｉｂ２（ｘ）とＰｂ２（ｘ）同士を比較する。具体的には、例えば基準強度分布データＩａｉ（ｘ）に対する強度分布データＰａｉ（ｘ）の強度比Ｒａｉ（ｘ）を次の式（１）で求める。
Ｒａｉ（ｘ）＝Ｐａｉ（ｘ）／Ｉａｉ（ｘ）                    （１）
Ｐａｉ（ｘ）とＩａｉ（ｘ）が同じであればＲａｉ（ｘ）は１となる。
同様に基準強度分布データＩｂｉ（ｘ）に対する強度分布データＰｂｉ（ｘ）の強度比Ｒｂｉ（ｘ）を次の式（２）で求める。
Ｒｂｉ（ｘ）＝Ｐｂｉ（ｘ）／Ｉｂｉ（ｘ）                    （２）
そして、Ｒａｉ（ｘ）、Ｒｂｉ（ｘ）が１に比べ所定の範囲内であれば差が無いと判定する。比較の結果、基準強度分布データと強度分布データに差が無ければ指示物体は入力領域１内に無いものと判定し、ステップＳＴ１０７に戻る（ステップＳＴ１１３）。ステップＳＴ１１３において基準強度分布データと強度分布データに差があれば、即ち、Ｒａｉ（ｘ）、Ｒｂｉ（ｘ）が１に比べ所定の範囲外であれば、指示物体は入力領域１内にあるものと判定し、ステップＳＴ１１４に進む。
【００２０】
ステップＳＴ１１４では、画像処理回路１１にて基準強度分布データと強度分布データとの比較によって光反射板５上の影位置を演算する。Ｐａｉ（ｘ）で得られる影位置をＸａｉ、Ｐｂｉ（ｘ）で得られる影位置をＸｂｉとする。具体的には、例えば図５に示すようにＲａｉ（ｘ）が影判定しきい値Ｓを下回る範囲の中点Ｘａｉとし、ＸｂｉについてもＲｂｉ（ｘ）から同様に求める。
【００２１】
次に、座標演算回路１３は、ステップＳＴ１１５において影位置Ｘａｉ、Ｘｂｉを用いて座標（ｘ、ｙ）を演算し出力する。
図６は、演算の一例として、ＸａｉとＸａ（ｉ＋１）を用いて座標（ｘ、ｙ）を求める場合を示す説明図である。
先ず、Ｘａｉとｉ番目の光源３ｉの位置座標を結ぶ直線Ｌａｉ、Ｘａ（ｉ＋１）と（ｉ＋１）番目の光源３（ｉ＋１）の位置座標を結ぶ直線Ｌａ（ｉ＋１）を求める。つまり、ｉ番目の光源３ｉを点灯したときの影位置と光源位置を結ぶ直線を求める。そして、ＬａｉとＬａ（ｉ＋１）の交点座標を求め、これを座標（ｘ、ｙ）とする。尚、ここでは、ＸａｉとＸａ（ｉ＋１）を用いる場合を示したが、得られたＸａｉ、Ｘｂｉの内の任意の２つのデータを用いて求めてもよい。
【００２２】
以上のように実施の形態１の座標入力装置によれば、入力領域内に存在する指示物体の２次元の位置座標を検出する座標入力装置において、入力領域外に設けられ、当該入力領域内を照射し且つ異なる位置に設置された複数の光源と、入力領域外に設けられ、複数の光源からの照射光を反射する光反射板と、入力領域外に設けられ、光反射板上の光強度分布を撮像する撮像装置と、撮像装置で得られた光強度分布に基づいて指示物体の２次元の位置座標を演算する座標演算手段とを備えたので、指示物体の反射分布特性に依存せず、安定した座標入力を実現することができる。
【００２３】
また、実施の形態１の座標入力装置によれば、座標演算手段は、撮像装置で得られた光強度分布データを記憶するデータ記憶回路と、指示物体がない時の光強度分布データを基準強度分布データとしてデータ記憶回路に記憶させると共に、入力領域内に指示物体が存在する場合の、基準強度分布データに対する強度分布データの変化に基づいて光反射板における指示物体の影位置を演算する画像処理回路と、画像処理回路で求められた影位置と、その時の光源位置とに基づいて指示物体の２次元位置座標を演算する座標演算回路とを備えたので、指示物体によって光反射板上に生じる影の光強度分布は指示物体の反射率分布に依存しないため、指示物体の反射率分布の差によって検出される座標に差が出ることが無く安定した座標入力を実現することができる。
【００２４】
また、実施の形態１の座標入力装置によれば、入力領域内における全ての位置において少なくとも２つ以上の光源から光が照射されるように複数の光源が配置されているようにしたので、入力領域内全面において指示物体の２次元の位置座標を正確に演算することができる。
【００２５】
また、実施の形態１の座標入力装置によれば、撮像装置は所定の間隔を有し、それぞれが異なる位置に複数設置されるようにしたので、例えば、１つの撮像装置の直近に指示物体がある場合においても他の撮像装置で得られるデータから座標を求めることができる等、入力領域内全面において指示物体の２次元の位置座標を正確に演算することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】この発明の実施の形態１による座標入力装置を示す構成図である。
【図２】この発明の実施の形態１による座標入力装置を示す側面図である。
【図３】この発明の実施の形態１による座標入力装置の制御ブロックの構成図である。
【図４】この発明の実施の形態１による座標入力装置の動作を示すフローチャートである。
【図５】この発明の実施の形態１による座標入力装置の影位置演算の説明図である。
【図６】この発明の実施の形態１による座標入力装置の位置座標演算の説明図である。
【符号の説明】
【００２７】
１  入力領域、４ａ，４ｂ  撮像装置、５  光反射板、７  座標演算手段、１１  画像処理回路、１２  データ記憶回路、１３  座標演算回路、３１〜３ｎ  光源。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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